天线原理及应用.pdf

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1、Antenna&Subsystems天线原理与应用培训天馈系统事业部2008年6月Antenna&Subsystems目录1天线原理2天线选型与应用3警示录Antenna&Subsystems目录1天线原理1.1、天线基本概念1.2、天线辐射参数1.3、天线电路参数1.4、天线一体化设计理念Antenna&Subsystems1.1天线基本概念麦克斯韦方程：⎧rr∂rr∇×E(r,t)=−B(r,t)(a)⎪∂t⎪⎪rrrr∂rr∇×H(r,t)=J(r,t)+D(r,t)(b)⎨∂t⎪rrr⎪∇⋅D(r,t)=ρ(r,t)(c)⎪rr⎩∇⋅B(r,t)=0(d)电磁辐射的机

2、理源自麦克斯韦方程电荷能产生电场，电流能产生磁场，而且变化的电场能够产生变化的磁场，变化的磁场也能够产生变化的电场，预言了电磁波的存在。Antenna&Subsystems1.1天线基本概念天线的定义：天线的辐射原理：能够有效地向空间某特定方向辐射电磁波或能够有效地接收空间某特定方向来的电磁传输线波的装置。天线的功能：能量转换－导行波和自由终端张角传输线空间波的转换；定向辐射（接收）－具有一定的方向性。对称振子Antenna&Subsystems1.1天线基本概念－半波振子根据C（光速）=f（频率）×λ（波长）得出波长与频率成反比频率越低，波长越长，天线越大波长1/4波长1/

3、2波长1/4波长1/2波长半波振子半波振子是天线的基本辐射单元Antenna&Subsystems1.1天线基本概念－半波振子方向图象一个“汽车轮胎”水平面垂直面立体图H面E面水平面波束宽度=360º垂直面波束宽度=78ºAntenna&Subsystems1.1天线基本概念－增益、方向图和天线尺寸之关系将“轮胎”压扁，信号就越集中，增益就越高，天线尺寸就越大。Antenna&Subsystems1.1天线基本概念－增益、方向图和天线尺寸之关系天线增益的几个要点：天线是无源器件，不能产生能量。天线增益只是将能量有效集中向某特定方向辐射或接受电磁波的能力。天线的增益由振子叠加而

4、产生。增益越高，天线长度越长。天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。Antenna&Subsystems1.2天线辐射参数辐射参数:主瓣；副瓣；半功率波束宽度；前后比；交叉极化鉴别率；增益；上旁瓣抑制；下零点填充；波束下倾角；Antenna&Subsystems1.2天线辐射参数－极化无线电波振动的平面称为它的极化面垂直方式水平方式+45斜角-45斜角Antenna&Subsystems1.2天线辐射参数－极化•即一个单元中有两个天线•两个天线中的波是相互独立的V/H(垂直/水平)斜角(+/-45°)Antenna&Subsystems1.2天线辐射参数－前后比前后

5、比是指扇形天线的前向辐射功率和后向辐射功率之比后向功率前向功率前后比(dB)=10log前向功率，典型值约为25dB后向功率目的是尽可能减少后向辐射功率Antenna&Subsystems1.2天线辐射参数－旁瓣抑制、零点填充、波束下倾角上旁瓣(dB)下旁瓣(dB)Antenna&Subsystems1.2天线辐射参数－交叉极化比Antenna&Subsystems1.3天线电路参数电路参数：驻波比，隔离度，无源交调驻波比为传输线上的电压最大值与电压最小值之比。当天线端口没有反射时，就是理想匹配，驻波比为1；当天线端口全反射时，驻波比为无穷大。Antenna&Subsyste

6、ms1.3天线电路参数－隔离度隔离度是某一极化接收到的另一极化信号的比例。该例子中，隔离度为：10log(1000mW/1mW)=30dB1000mW(即1W)1mWAntenna&Subsystems1.3天线电路参数－无源交调无源交调（PIM）：当两个频率f1和f2输入到天线，由于非线性效应，天线辐射的信号除频率f1和f2外，还包括有其他频率，如2f1-f2和2f2-f1(3阶)等。天线互调是指当两个或多个发射频率信号经过天线时，由于天线的非线性而引起的与原信号频率及倍频有和差关系、并落在接收频带内的射频信号。这些信号电平足够大时，就会造成系统性能下降。Antenna&S

7、ubsystems1.4天线一体化设计理念¾三维电磁辐射边界一体化设计；¾天线阵列与馈电网络一体化设计；¾辐射单元模块一体化设计；¾辐射参数一体化设计；¾电气性能与机械性能一体化设计；¾电气性能与制造容差一体化设计；¾电气性能与工艺要求一体化设计。我们已将这7个一体化设计理念写入“蜂窝移动通信射频工程”一书中，人民邮电出版社Antenna&Subsystems1.4天线一体化设计理念¾三维电磁辐射边界一体化:在天线阵列理论中，通常假定金属反射板尺寸为无限大，设计的重点集中在天线辐射单元及其周期性结构上。